JPH10328832A - 非消耗式電極アーク溶接における開先倣い制御方法とそれを用いた溶接制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶加材を加えながらパイプなどの突き合わせ多
層盛り溶接を無人、無監視化で行い、かつ溶接欠陥のな
い溶接継手を得るために、センサなどの付属品を加える
ことなく、精度よく開先線に溶接トーチを追従させなが
ら、同時に精度よくアーク長の調整も行うことができる
非消耗式電極アーク溶接におけるアーク電圧を利用した
開先倣い制御方法およびそれを用いた溶接制御装置を提
供する。 【解決手段】開先倣い制御とアーク長制御とを共に行う
自動溶接制御方法であって、開先内でのトーチの左右位
置の調整を、往路サイクル時におけるトーチの開先内で
の左右両端停止時のアーク平均電圧を比較して、その偏
差からトーチの左右位置の調整を行い、次いで、復路サ
イクル時におけるトーチのアーク平均電圧が、所定のア
ーク長となる設定の電圧範囲に入るようにトーチの上下
位置の調整を行う操作を、少なくとも１回、繰り返して
行う開先倣い制御とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパイプなどの突き合
わせ溶接に係り、さらに詳しくは非消耗式電極アーク溶
接におけるアーク電圧を利用した開先倣い制御方法およ
びそれを用いた溶接制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】非消耗電極式自動溶接装置を用いて、パ
イプなどの突き合わせ多層盛り溶接を行うためには、開
先線とトーチ位置のずれによる開先壁の融合不良などの
溶接欠陥発生防止、あるいは開先壁と電極の接触による
スパーク防止のために、開先線へのトーチの追従を精度
よく行わなければならない。従来、このトーチ位置調整
は、作業者の目視による手動操作か、接触式センサを用
いて開先線を検出し、検出した信号を基にトーチの左右
移動を行うか、あるいはカメラなどを用いて画像処理を
行い、その結果を基にトーチを左右に移動させる方法が
ある。溶接の無人・無監視化をはかるためには、上記セ
ンサを使用するか画像処理を行う必要があるが、センサ
を使用した場合にはトーチ近傍にセンサを取り付ける必
要があり、画像処理の場合にはトーチ近傍にＣＣＤカメ
ラなどを取り付ける必要があった。その結果、溶接ヘッ
ド部が大きく、かつ重くなるという問題があり、全姿勢
溶接用などの可搬式溶接ヘッドでは、固定されたパイプ
などへの溶接ヘッドの脱着が必要となるため作業者の負
担が大きくなる。また、パイプ周辺のスペースが狭隘な
箇所への適用にも問題があるばかりでなく、装置の構成
が複雑となり、そのメンテナンス性にも問題が生じる。
そのため非消耗式電極アーク溶接法において、例えば、
特開平７−１８５８２０号公報、特開平７−３１４１３
８号公報、特開平７−３１４１３９号公報および特開昭
６２−１０４６７９号公報などの公知例では、非消耗電
極を回転させ、アーク円運動の半周期分のアーク電圧を
時間積分して、その計算結果を比較することで、自動開
先倣い制御を行う方法と、揺動端停止時のアーク電圧を
比較して揺動中心を修正するという方法が開示されてい
るが、図４（ａ）に示すように、回転可能なパイプ３
ａ、３ｂなどを、ターニングローラ４ａ、４ｂなどの回
転装置にセットして、タングステン電極１０を開先２９
ａ内に挿入し、図４（ｂ）に示す溶加材３０を溶融プー
ル３１に送給しながら、下向きの多層盛り溶接を行う場
合には、パイプ３ａ、３ｂを回転させるためのターニン
グローラ４ａ、４ｂに回転むらが存在するため、個々の
位置で回転速度が変化してしまい、溶着金属の高さが一
定にならないだけでなく、パイプ３ａ、３ｂが回転装置
のターニングローラ４ａ、４ｂに固定されていないた
め、ターニングローラ４ａ、４ｂ上で、パイプ３ａ、３
ｂが左右に移動するという問題が生じる。また、溶加材
３０を送給しながら、図５（ａ）に示す回転不可能なパ
イプ３ｂなどに取り付けたガイドレール３２上を溶接ヘ
ッド３３が走行する全姿勢多層盛り溶接では、図４
（ｂ）に示す溶融プール３１が重力の影響を受け、パイ
プ３ｂ、３ｃの上部と下部では溶着金属の高さが同じと
はならない。また、左右倣いを必要としないためには、
ガイドレール３２を開先２９ａと平行に取り付ける必要
があるが、ガイドレール３２を開先線と一定の距離を保
ち、開先線と±１ｍｍ以下の誤差で平行に取り付けるこ
とは実際上不可能である。このため、溶接時にはアーク
長を一定に保つためのトーチ上下位置制御と、トーチを
開先中心に保つためのトーチ左右位置制御が必要となる
が、上記公知例において開示されている方法では、開先
倣い制御とアーク長制御とを、共に行わなければならな
い溶接に対しては不十分なものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】溶加材を加えながらパ
イプなどの突き合わせ多層盛り溶接を行う非消耗式電極
アーク溶接の無人、無監視化をはかるためには、溶接欠
陥の発生や装置の損傷を防止するためのターニングロー
ラなどの被溶接物の回転装置を使用した下向き溶接の場
合には、回転装置上でのパイプの横移動や回転むらによ
る個々の位置での溶着金属高さの違い、また、固定され
たパイプ表面に取り付けられたガイドレール上を溶接ヘ
ッドが走行する全姿勢溶接の場合には、ガイドレールの
取り付け位置の不正確さや、重力の影響による溶着金属
高さの違いが生じることを考慮しなければならず、開先
線にトーチを追従させるためのトーチ左右位置調整機構
と、溶着金属の高さに合わせてアーク長を一定に保つた
めのトーチ上下位置調整機構が必要となる。従来、トー
チ左右の位置調整は作業者の目視による手動操作か、接
触式センサを用いて開先線を検出し、検出した信号を基
にトーチの左右移動を行うか、あるいはカメラなどを用
いて画像処理を行い、その結果を基にトーチを左右に移
動させる方法がある。また、非消耗式電極溶接における
トーチ上下位置の調整は、アーク長とアーク電圧とが比
例するという特性を利用して、溶接中のアーク電圧を測
定し、基準となる設定電圧値との比較によって、トーチ
を上下に移動させてアーク長を一定に保つ方法や、接触
式のセンサによる方法、カメラを使用した画像処理によ
る方法などがある。しかしながら、センサを使用した場
合にはトーチ近傍にリミットスイッチなどのセンサを取
り付ける必要があり、また画像処理の場合には同じくト
ーチ近傍にＣＣＤカメラなどを取り付ける必要がある。
そのため溶接ヘッド部が大きくなり、また重くなるとい
う問題があり、全姿勢溶接用などの可搬式溶接ヘッドに
おいては、溶接ヘッド脱着時の作業者への負担が大きく
なり、またパイプ周辺のスペースが狭隘な箇所への適用
が困難であるという問題がある。さらに、溶接装置の構
成が複雑となるため、そのメンテナンス性にも問題があ
った。

【０００４】本発明の目的は、溶加材を加えながらパイ
プなどの突き合わせ多層盛り溶接を無人、無監視化で行
い、かつ溶接欠陥のない溶接継手を得るために、センサ
などの付属品を加えることなく、精度よく開先線に溶接
トーチを追従させながら、同時に精度よくアーク長の調
整も行うことができる非消耗式電極アーク溶接における
アーク電圧を利用した開先倣い制御方法およびそれを用
いた溶接制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構
成とするものである。すなわち、本発明は請求項１に記
載のように、溶接電源、溶接制御装置および溶接トーチ
の揺動機構、上下、左右位置調整機構を少なくとも備え
た非消耗電極式自動溶接装置を用いて、開先倣い制御と
アーク長制御とを共に行う自動溶接制御方法であって、
開先内でのトーチの左右位置の調整を、往路サイクル時
におけるトーチの開先内での左右両端停止時のアーク平
均電圧を比較して、その偏差からトーチの左右位置の調
整を行い、次いで、復路サイクル時におけるトーチのア
ーク平均電圧が、所定のアーク長となる設定の電圧範囲
に入るようにトーチの上下位置の調整を行う操作を、少
なくとも１回、繰り返して行う開先倣い制御方法とする
ものである。このような非消耗電極アーク溶接における
アーク電圧を利用した開先倣い制御方法とすることによ
り、溶加材を加えながらパイプなどの突き合わせ多層盛
り溶接を、無人、無監視化で行い、かつ高価なセンサな
どの付属品を用いることなく、精度よく開先線に溶接ト
ーチを追従させることができる開先倣い制御と、同時に
精度の良い溶接アーク長の制御を、互いに干渉すること
なく独立して正確に制御でき、融合不良などの生じない
無欠陥の溶接継手を容易に得ることができる効果があ
る。また、本発明は請求項２に記載のように、開先内
で、少なくとも非消耗電極と電極ブロックよりなる溶接
トーチを往復移動させて、開先倣い制御とアーク長制御
とを共に行う自動溶接制御方法であって、上記トーチの
往路移動時には、開先内の左右両端におけるトーチ停止
時のアーク平均電圧を検出して、トーチの開先内での左
右両端停止時のアーク平均電圧を比較して、その偏差を
求め、次いで、トーチの復路移動時に、トーチ移動中の
アーク平均電圧を検出し、該アーク平均電圧と、所定の
アーク長となる設定の電圧範囲とを比較して、その偏差
を求め、トーチの復路移動時に、上記トーチの往路移動
時のアーク平均電圧偏差と、上記トーチの復路移動時の
アーク平均電圧偏差とに基づいて、トーチの左右位置の
調整と、トーチの上下位置の調整とを同時に行う開先倣
い制御方法とするものである。このような非消耗電極ア
ーク溶接におけるアーク電圧を利用した開先倣い制御方
法とすることにより、請求項１と同様に、多層盛り溶接
を無人、無監視化で行い、かつ高価なセンサなどの付属
品を用いることなく、精度よく開先線に溶接トーチを追
従させることができる開先倣い制御と、同時に精度の良
い溶接アーク長の制御を、互いに干渉することなく独立
して正確に制御することができ、無欠陥の溶接継手を容
易に得ることができる効果がある。また、本発明は請求
項３に記載のように、開先内で、少なくとも非消耗電極
と電極ブロックよりなる溶接トーチを往復移動させて、
開先倣い制御とアーク長制御とを共に行う自動溶接制御
装置であって、上記トーチの往路移動時には、開先内の
左右両端でトーチを停止させて、開先内の左右両端のア
ーク平均電圧からアーク平均電圧偏差を検出する手段
と、上記トーチの復路移動時には、トーチ移動中のアー
ク平均電圧と、所定のアーク長とするための基準電圧か
らアーク平均電圧偏差を検出する手段とを少なくとも備
えた溶接制御装置とするものであり、また、本発明は請
求項４に記載のように、開先内で、少なくとも非消耗電
極と電極ブロックよりなる溶接トーチを往復移動させ
て、開先倣い制御とアーク長制御とを共に行う自動溶接
制御装置であって、上記トーチの往路移動時には、開先
内の左右両端でトーチを停止させて、開先内の左右両端
のアーク平均電圧からアーク平均電圧偏差を検出する手
段と、上記トーチの復路移動時には、トーチ移動中のア
ーク平均電圧と、所定のアーク長とするための基準電圧
からアーク平均電圧偏差を検出する手段を備え、かつ、
上記開先内の左右両端のアーク平均電圧からアーク平均
電圧偏差を検出する手段と、上記トーチ移動中のアーク
電圧と、所定のアーク長とするための基準電圧からアー
ク平均電圧偏差を検出する手段から得られた、それぞれ
のアーク平均電圧偏差値に基づいて、トーチの左右位置
の調整と、トーチの上下位置の調整とを同時に行う手段
を少なくとも備えた溶接制御装置とするものである。こ
のように、請求項３および請求項４に記載の溶接制御装
置とすることにより、請求項１および請求項２に記載の
効果に加えて、溶加材を加えながらパイプなどの突き合
わせ多層盛り溶接を、無人、無監視化で、かつ高価なセ
ンサなどの付属品を用いることなく、精度よく開先線に
溶接トーチを追従させることができ、同時に精度の良い
溶接アーク長の制御を行うことができる溶接制御装置を
安価に実現できる効果がある。

【０００６】本発明の非消耗式電極溶接におけるアーク
電圧を利用した開先倣い制御方法とアーク長調整方法
は、例えば、図３（ａ）に示すように、狭開先内に挿入
された電極ブロック９に、傾斜して取り付けられた非消
耗電極（例えば、タングステン電極）１０を、電極ブロ
ック９と共に、あらかじめ設定した開先中心からの振り
角度θ_Lと、θ_Rで、開先中心に対し左右に揺動させる方
法を適用している。振り角度が、設定の角度θ_L、θ_Rに
達すると、電極ブロック９の揺動を、あらかじめ設定し
た時間内で停止させ、停止時間が終了すれば、その後、
逆方向に電極ブロック９の揺動を開始させる方法となっ
ている。また、この一連の動作中には、図４（ｂ）に示
すような溶加材３０を加えながら溶接を行っている。こ
の動作で、非消耗電極１０の先端は左右に移動するが、
左停止位置２８ａの位置で、非消耗電極１０の停止中の
アーク電圧を、図６（ａ）に示すアーク電圧測定回路に
より一定時間ごとに測定して平均電圧Ｖ_Lを求める。次
の動作の右停止位置２８ｂに移動中は、アーク電圧測定
は行わない。右停止位置２８ｂの位置で、非消耗電極１
０が停止中のアーク電圧を一定時間ごとに測定して平均
電圧V_Rを求め、Ｖ_LとＶ_Rを比較する。次の動作である非
消耗電極１０が右停止位置２８ｂから左停止位置２８ａ
に移動する際に、一定時間ごとにアーク電圧を測定し、
アーク長制御のためのトーチ上下位置調整を行うと同時
に、上記Ｖ_LとＶ_Rの比較結果を基にトーチの左右位置調
整を行う。本発明の開先倣い制御方法では、非消耗電極
１０を揺動させながら上記調整を繰り返して溶接制御を
行うものである。また、図４（ｃ）に示す、トーチ全体
を左右に移動させる平行ウィービングについても、揺動
時の電極の回転運動をトーチ全体の左右移動に置き換え
ることにより、上記と同様に本発明の制御を行うことが
可能である。本発明の非消耗式電極溶接におけるアーク
電圧を利用した開先倣い制御方法とアーク長調整方法に
おいて、図４（ｂ）に示す、狭開先の非消耗式電極アー
ク溶接の場合は、前層の溶着金属の断面形状は何らかの
問題がない限り、液体である溶融プール３１の表面張力
によって、ほぼ左右対称のＵ字型となる。また、図４
（ｃ）に示す、Ｖ型開先では開先中心部は平坦で、開先
両端部が液体である溶融プール３１の表面張力によって
盛り上がった形状となる。非消耗式電極溶接では、上述
したように、アーク長とアーク電圧が比例するという特
性から、左右停止時のアーク長が等しければ、電極ブロ
ック９は狭開先２９ａ、開先２９ｂの中心に位置してい
ることになる。トーチの左右位置調整は、図３（ａ）に
示す、設定の揺動角度θ_L、θ_Rの位置で、一定の間隔ご
とにアーク電圧を測定して平均電圧を求め、左右停止位
置２８ａ、２８ｂの電圧Ｖ_L、Ｖ_Rを比較して、その差が
０となるようにトーチ左右位置を調整し、電極ブロック
９を狭開先２９ａ、開先２９ｂの中心に位置するように
制御する。また、上下位置調整は、非消耗電極１０が移
動している間の電圧Ｖmを一定間隔で測定し、常に、あ
らかじめ適切なアーク長となる設定の電圧範囲内に入る
ように調整する制御を行っている。しかし、仮に電極ブ
ロック９が開先中心に位置していたとしても、左停止位
置２８ａでアーク電圧Ｖ_Lを測定し、右停止位置２８ｂ
に向かって移動中に、トーチ上下位置調整を行ってしま
うと、右停止位置２８ｂでの非消耗電極１０の高さは、
左停止位置２８ａでの高さと異なるため、アーク電圧Ｖ
_Rは、Ｖ_L≠Ｖ_Rとなり、電極ブロック９が狭開先２９
ａ、開先２９ｂの中心に位置しているにもかかわらず、
電極ブロック９を左右方向に移動させてしまう。そのた
め本発明の開先倣い制御方法では、左停止位置２８ａで
電圧Ｖ_Lを測定し、右停止位置２８ｂに向かって移動す
る際には、トーチの上下位置調整は行わず、右停止位置
２８ｂでアーク電圧Ｖ_Rを測定し、反転動作である左停
止位置２８ａに向かって移動する際にアーク電圧Ｖmを
測定し、適切なアーク長となる設定電圧範囲内に入るよ
うにトーチの上下位置調整を行うと同時に、両端停止時
の電圧Ｖ_L、Ｖ_Rの比較結果によるトーチの左右移動調整
を行っている。すなわち、トーチの左右停止位置の電圧
Ｖ_L、Ｖ_Rを比較する揺動サイクル中は、トーチの上下制
御は行わず、その次の反転揺動サイクル中に、トーチの
上下位置調整と、左右停止位置の電圧Ｖ_L、Ｖ_Rの比較結
果によるトーチの左右移動調整を行うものである。上記
の開先倣い制御を繰り返すことにより、図７（ｂ）に示
すように、トーチの左右移動調整とトーチの上下位置調
整が共に干渉することなく、精度の良い開先倣い制御と
アーク長制御を行うことができる。さらに、図５（ｂ）
に示すように、前層溶接の溶着金属が何らかの理由によ
り偏った場合には、先に述べたように、トーチの左右停
止時のアーク電圧差による制御を行うため、図に対し
て、右方向にトーチを移動させることになり、右側の開
先壁を完全に溶融させて、次層溶接時には、左右均等に
溶融した溶着金属状態とすることができるので、溶接欠
陥である融合不良の発生を防止することができる。ま
た、平行ウィービングについても、揺動時の電極の回転
運動をトーチ全体の左右運動に置き換えることで、上記
と同様に本発明の作用を得ることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】

〈実施の形態１〉図１は、本発明の開先倣い制御方法を
実施する装置全体の構成の一例を示す模式図。図２は、
溶接トーチ駆動部の詳細を示す模式図、図３は、溶接中
のアーク電圧の変化と測定電圧の位置を示す説明図、図
６（ａ）は、本発明の開先倣い制御方法の一例を示すフ
ローチャート、図６（ｂ）は、アーク電圧測定回路の一
例を示す模式図。図７（ａ）は、比較例であり、トーチ
左右位置調整電圧Ｖ_L、Ｖ_Ｒを比較する揺動サイクル中
においてトーチ上下制御を行った場合の開先倣い結果を
示す図、図７（ｂ）は、本発明の開先倣い制御方法によ
る倣い結果を示す図である。図１において、１は溶接制
御装置、２は溶接電源、３ａは被溶接物であるパイプ、
４ａはパイプを回転させるためのターニングローラ、４
ｃはパイプ３ａの回転を支持するローラ、５はトーチ駆
動部を支持するためのマニプレータ、６はトーチの左右
移動ユニット、７はトーチの上下移動ユニット、８はト
ーチの揺動ユニット、９は電極ブロック、１０は非消耗
式電極であるタングステン電極、１１はアーク電流用パ
ワーケーブル、１２はアースケーブルである。溶接トー
チ駆動方法は、図２に示すように、非消耗電極であるタ
ングステン電極１０を、約１５度程度、傾斜させて電極
ブロック９に取り付ける。この電極ブロック９は、給電
パイプ１３を介して揺動用プーリ１４と揺動ブロック１
５に取り付けられている。揺動用プーリ１４は、揺動用
モータ１６に直結された揺動用プーリ１７と、揺動位置
検出用ロータリーエンコーダ１８に直結された回転位置
検出用プーリ１９と、ベルト２７ａ、２７ｂを介して連
結されており、精密な回転位置の検出が可能な構造とな
っている。この機構部はすべて揺動ユニット８に納めら
れており、揺動ユニット８は、ネジ加工を施したサポー
ト２０ａを介してトーチ上下移動ユニット７に固定され
ている。トーチ上下移動ユニット７は、ネジ加工を施し
たサポート２０ｂによりトーチ左右移動ユニット６に固
定されている。このサポート２０ａ、２０ｂは、駆動用
モータ２１ａ、２１ｂと直結したギヤ２２ａ、２２ｂに
噛み合うギヤ２３ａ、２３ｂと直結された送りネジ２４
ａ、２４ｂに取り付けられており、モータ２１ａ、２１
ｂの回転によって送りネジ２４ａ、２４ｂを回転させ、
サポート２０ａ、２０ｂがスライドする構造となってい
る。さらに、ギヤ２３ａ、２３ｂに噛み合うようにロー
タリーエンコーダ２５ａ、２５ｂと直結されたギヤ２６
ａ、２６ｂが取り付けられており、サポート２０ａ、２
０ｂの移動量を精密に制御できる構造となっている。上
記駆動用モータ１６、２１ａ、２１ｂへの電圧は、溶接
制御装置１内のモータドライバにより与えられ、ロータ
リーエンコーダ１８、２５ａ、２５ｂからのパルス信号
は、溶接制御装置１内のカウンタＩＣに入力され、ＣＰ
Ｕが通信によりパルス数を読みとっている。

【０００８】〈実施の形態２〉狭開先の揺動溶接では、
上述したように、前層溶接時の溶着金属の断面形状は図
４（ｂ）に示すように、開先中心線に対してほぼ左右対
称なＵ字型となる。また、電極ブロック９に傾斜させて
取り付けられたタングステン電極１０の先端部は、電極
ブロック９を左右に揺動させることにより、横方向から
みれば左右の直線往復移動を行うことになる。このた
め、アーク長とアーク電圧は比例するという特性から、
アーク電圧は、図３（ｂ）に示すように変化する。本発
明の開先倣い制御方法では、図３（ａ）に示すように、
タングステン電極１０があらかじめ設定した振り角度θ
_Lに達して左側で停止している間中、一定時間ごとに、
図６（ｂ）に示す回路により、アーク電圧をローパスフ
ィルタ３４を通して波形整形後、抵抗３５ａ、３５ｂで
分圧して、オペアンプ３６で増幅することにより電圧を
調整する。次に、回路保護のための絶縁アンプ３７を通
して、Ａ／Ｄコンバータ３８でデジタル信号に変換し、
Ａ／Ｄ変換された信号をＣＰＵが読み取ることにより、
アーク電圧の測定を行っている。これらの回路により、
左側停止時の平均電圧Ｖ_Lを求める。非消耗電極である
タングステン電極１０が、図３（ａ）の右側に移動して
いる間は、アーク電圧の測定を行わず、タングステン電
極１０が設定の振り角度θ_Rに達するとタングステン電
極１０は停止し、タングステン電極１０が停止している
間中、上述の方法により、一定時間ごとにアーク電圧を
測定し、平均電圧Ｖ_Rを求めてΔＶ_N＝Ｖ_L−Ｖ_Rの計算を
行う。その後、タングステン電極１０が図３（ａ）の右
側から左側に移動する際に、ΔＶ_N＜０ならばトーチ
を、あらかじめ設定しておいた量だけ、図３（ａ）の右
側に移動させ、ΔＶ_N＝０ならばトーチの移動は行わな
い。ΔＶ_N＞０ならば、トーチを、あらかじめ設定して
おいた量だけ、図３（ａ）の左側に移動させる調整を行
うと同時に、タングステン電極１０が移動中のアーク電
圧Ｖmを、上述の方法で一定時間ごとに測定して、あら
かじめ設定された適切なアーク長となる基準電圧Ｖｃと
の差（ΔＶ_A）、ΔＶ_A＝Ｖc−Ｖmを求める。この時、Δ
Ｖ_A＜０ならば、基準とするアーク長よりも実際のアー
ク長が長くなっていると判断して、トーチを下方向に移
動させ、ΔＶ_A＝０ならばトーチの上下移動は行わず、
ΔＶ_A＞０ならば、基準とするアーク長よりも実際のア
ーク長が短くなっていると判断して、トーチを上方向に
移動させる制御を行う。この制御を繰り返し行うこと
で、アーク長制御と開先倣い制御とが互いに干渉するこ
となく、正確なアーク長の調整と、図７（ｂ）に示すよ
うな開先線の変化に精度よく追従する開先倣い制御を行
うことができる。

【０００９】〈実施の形態３〉Ｖ型開先の平行ウィービ
ング溶接においては、実施の形態１で例示した図１およ
び図２に示す装置を使用し、揺動ユニット８による揺動
での非消耗電極であるタングステン電極１０の先端の左
右往復移動の代わりに、トーチの左右移動ユニット６を
使用して、タングステン電極１０と電極ブロック９を左
右に平行移動させた。このことにより、上記実施の形態
２における電極ブロック９の回転運動である揺動を、左
右の平行ウィービングに置き換えることができ、実施の
形態２におけるトーチの左右停止電圧の比較結果による
トーチ左右位置調整を、平行ウィービング中心を左右移
動させることに置き換えれば、Ｖ型開先の平行ウィービ
ング溶接においても上記実施の形態２と同様の制御を行
うことが可能となった。

【００１０】

【発明の効果】本発明の非消耗式電極溶接におけるアー
ク電圧を利用した開先倣い制御方法とアーク長調整方法
によれば、突き合わせ多層盛り溶接を行う際の開先倣い
制御とアーク長調整を、精度よく自動制御することが可
能となるので、作業員が溶接アークを監視することな
く、無人、無監視化で、自動で非消耗式電極アーク溶接
を実施できる効果がある。また、溶着金属が偏ってしま
った場合においても、次層の溶接時に、開先壁が十分に
溶融していない側へ溶接アークを集中させる制御ができ
るので、溶接欠陥である融合不良の発生を未然に防止す
ることができ、無人で、融合不良などの溶接欠陥のない
高品質の溶接継手を容易に、しかも安価に作製できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態で例示した非消耗式電極溶
接におけるアーク電圧を利用した開先倣い制御方法を実
施する装置の構成の一例を示す模式図。

【図２】本発明の実施の形態で例示した非消耗式電極溶
接におけるアーク電圧を利用した開先倣い制御方法を実
施する装置の溶接トーチ駆動部（左右移動ユニット、上
下移動ユニット、揺動ユニット等）の詳細を示す模式
図。

【図３】本発明の実施の形態で例示した非消耗式電極溶
接におけるアーク電圧を利用した開先倣い制御方法を実
施する装置の（ａ）開先内でのタングステン電極の軌跡
を示す図と（ｂ）タングステン電極の移動と制御の関係
を示す図。

【図４】従来の開先倣い溶接方法で（ａ）溶接トーチと
ターニングローラ上にセットされた被溶接物であるパイ
プを側面から見た状態を示す図と（ｂ）狭開先における
溶着金属の断面形状と開先内でフィラワイヤを送給する
揺動溶接を示す図と（ｃ）Ｖ型開先における溶着金属の
断面形状と開先内でフィラワイヤを送給する平行ウィー
ビング溶接を示す図。

【図５】従来の開先倣い溶接方法で（ａ）回転不可能な
被溶接物に全姿勢溶接が可能な溶接ヘッドと、溶接ヘッ
ド走行用のガイドレールを取り付けた状態を示す模式図
と（ｂ）前層の溶着金属が偏った場合を示す模式図。

【図６】本発明の実施の形態で例示した非消耗式電極溶
接におけるアーク電圧を利用した開先倣い制御方法の
（ａ）フローチャートおよび（ｂ）アーク電圧測定回路
を示す図。

【図７】本発明の実施の形態で例示した非消耗式電極溶
接におけるアーク電圧を利用した開先倣い制御方法にお
いて（ａ）比較例として例示した開先両端停止電圧測定
サイクル中にトーチ上下制御を行った際のトーチの倣い
結果を示すグラフと（ｂ）本発明の開先倣いる制御方法
によるトーチの倣い結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１…溶接制御装置 ２…溶接電源 ３ａ…パイプ ３ｂ…パイプ ３ｃ…パイプ ４ａ…ターニングローラ ４ｂ…ターニングローラ ４ｃ…ローラ ４ｄ…ローラ ５…マニプレーター ６…左右移動ユニット ７…上下移動ユニット ８…揺動ユニット ９…電極ブロック １０…タングステン電極 １１…パワーケーブル １２…アースケーブル １３…給電パイプ １４…揺動用プーリ １５…揺動ブロック １６…揺動用モータ １７…駆動用プーリ １８…ロータリーエンコーダ １９…回転位置検出用プーリ ２０ａ…サポート ２０ｂ…サポート ２１ａ…駆動用モータ ２１ｂ…駆動用モータ ２２ａ…ギヤ ２２ｂ…ギヤ ２３ａ…ギヤ ２３ｂ…ギヤ ２４ａ…送りネジ ２４ｂ…送りネジ ２５ａ…ロータリーエンコーダ ２５ｂ…ロータリーエンコーダ ２６ａ…ギヤ ２６ｂ…ギヤ ２７ａ…ベルト ２７ｂ…ベルト ２８ａ…左停止位置 ２８ｂ…右停止位置 ２９ａ…狭開先 ２９ｂ…開先 ３０…溶加材 ３１…溶融プール ３２…ガイドレール ３３…溶接ヘッド ３４…ローパスフィルタ ３５ａ…抵抗 ３５ｂ…抵抗 ３６…オペアンプ ３７…絶縁アンプ ３８…Ａ／Ｄコンバータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接電源、溶接制御装置および溶接トーチ
   の揺動機構、上下、左右位置調整機構を少なくとも備え
   た非消耗電極式自動溶接装置を用いて、開先倣い制御と
   アーク長制御とを共に行う自動溶接制御方法であって、
   開先内でのトーチの左右位置の調整を、往路サイクル時
   におけるトーチの開先内での左右両端停止時のアーク平
   均電圧を比較して、その偏差からトーチの左右位置の調
   整を行い、次いで、復路サイクル時におけるトーチのア
   ーク平均電圧が、所定のアーク長となる設定の電圧範囲
   に入るようにトーチの上下位置の調整を行う操作を、少
   なくとも１回、繰り返して行うことを特徴とする開先倣
   い制御方法。
2. 【請求項２】開先内で、少なくとも非消耗電極と電極ブ
   ロックよりなる溶接トーチを往復移動させて、開先倣い
   制御とアーク長制御とを共に行う自動溶接制御方法であ
   って、 上記トーチの往路移動時には、開先内の左右両
   端におけるトーチ停止時のアーク平均電圧を検出して、
   トーチの開先内での左右両端停止時のアーク平均電圧を
   比較して、その偏差を求め、次いで、トーチの復路移動
   時に、トーチ移動中のアーク平均電圧を検出し、該アー
   ク平均電圧と、所定のアーク長となる設定の電圧範囲と
   を比較して、その偏差を求め、トーチの復路移動時に、
   上記トーチの往路移動時のアーク平均電圧偏差と、上記
   トーチの復路移動時のアーク平均電圧偏差とに基づい
   て、トーチの左右位置の調整と、トーチの上下位置の調
   整とを同時に行うことを特徴とする開先倣い制御方法。
3. 【請求項３】開先内で、少なくとも非消耗電極と電極ブ
   ロックよりなる溶接トーチを往復移動させて、開先倣い
   制御とアーク長制御とを共に行う自動溶接制御装置であ
   って、 上記トーチの往路移動時には、開先内の左右両
   端でトーチを停止させて、開先内の左右両端のアーク平
   均電圧からアーク平均電圧偏差を検出する手段と、上記
   トーチの復路移動時には、トーチ移動中のアーク平均電
   圧と、所定のアーク長とするための基準電圧からアーク
   平均電圧偏差を検出する手段とを少なくとも備えたこと
   を特徴とする溶接制御装置。
4. 【請求項４】開先内で、少なくとも非消耗電極と電極ブ
   ロックよりなる溶接トーチを往復移動させて、開先倣い
   制御とアーク長制御とを共に行う自動溶接制御装置であ
   って、 上記トーチの往路移動時には、開先内の左右両
   端でトーチを停止させて、開先内の左右両端のアーク平
   均電圧からアーク平均電圧偏差を検出する手段と、上記
   トーチの復路移動時には、トーチ移動中のアーク平均電
   圧と、所定のアーク長とするための基準電圧からアーク
   平均電圧偏差を検出する手段を備え、かつ、上記開先内
   の左右両端のアーク平均電圧からアーク平均電圧偏差を
   検出する手段と、上記トーチ移動中のアーク電圧と、所
   定のアーク長とするための基準電圧からアーク平均電圧
   偏差を検出する手段から得られた、それぞれのアーク平
   均電圧偏差値に基づいて、トーチの左右位置の調整と、
   トーチの上下位置の調整とを同時に行う手段を少なくと
   も備えたことを特徴とする溶接制御装置。